7 мая считается днем рождения радио и празднуется в нашей стране как День радио. В этот день на заседании Русского физико-химического общества выступил А.С. Попов. Он продемонстрировал свое изобретение — систему беспроводной связи, основанную на излучении и приеме электромагнитных волн. Эта система стала прообразом радиосвязи.
Устройство
В России изучением электромагнитных волн одним из первых занялся преподаватель офицерских курсов в Кронштадте Александр Степанович Попов. Начав с воспроизведения опытов Герца, которыми заинтересовались физики всего мира, он затем использовал более надежный и чувствительный способ регистрации электромагнитных волн.
Еще в 1889 г. он начал читать лекции под названием «Новейшие исследования о соотношении между световыми и электрическими явлениями». Для этих лекций он усиленно искал способ, который позволил бы ему наглядно демонстрировать «электрические лучи» и явления, наблюдаемые с ними. Эти изыскания и привели ученого к мысли использовать металлический порошок для устройства чувствительных приемников электромагнитных волн. Создав чувствительный индикатор для обнаружения электромагнитных волн, Попов занялся улучшением «вибратора» — источника электромагнитных волн, стремясь увеличить его мощность и уменьшить длину волн. Такой прибор ему удалось сконструировать в 1894 г.
В качестве детали, непосредственно «чувствующей» электромагнитные волны, А.С. Попов применил когерер (от лат. «когеренция» — «сцепление»). Этот прибор представляет собой стеклянную трубку с двумя электродами. В трубке помещены мелкие металлические опилки. Действие прибора основано на влиянии электрических разрядов на металлические порошки. В обычных условиях когерер обладает большим сопротивлением, так как опилки имеют плохой контакт друг с другом. Пришедшая электромагнитная волна создает в когерере переменный ток высокой частоты. Между опилками проскакивают мельчайшие искорки, которые их спекают. В результате сопротивление когерера резко падает (в опытах А.С. Попова со 100 000 до 1000—500 Ом, то есть в 100—200 раз). Снова вернуть прибору большое сопротивление можно, если встряхнуть его. Чтобы обеспечить автоматичность приема, необходимую для осуществления беспроволочной связи, Попов использовал звонковое устройство для встряхивания когерера после приема сигнала: срабатывало реле, включался звонок, а когерер получал «легкую встряску», сцепление между металлическими опилками ослабевало, и они были готовы принять следующий сигнал.
Свой прибор ученый демонстрировал на историческом заседании Русского физико-химического общества при Санкт-Петербургском университете 7 мая 1895 г., состоявшемся в здании старого физического кабинета университета. Его сообщение называлось «Об отношении металлических порошков к электрическим колебаниям». Однако суть доклада заключалась в описании «прибора для обнаружения и регистрации электрических колебаний». При этом ученый так сформулировал цель исследований: «В заключение могу выразить надежду, что мой прибор, при дальнейшем усовершенствовании его, может быть применен к передаче сигналов на расстояние при помощи быстрых электрических колебаний, как только будет найден источник таких колебаний, обладающий достаточной энергией».
Попов понимал, что для успеха опытов с беспроволочной передачей сигналов на расстояние необходимо иметь мощный источник электрических колебаний. В то время был известен только один такой источник — атмосферные разряды. Именно его он и использовал. Созданный ученым второй прибор, получивший название «грозоотметчик», вскоре нашел практическое применение.
Одним из важнейших изобретений А.С. Попова, приведшим к значительному увеличению чувствительности приемника электромагнитных волн, явилось создание антенны.
Через 10 месяцев после своего первого сообщения в Физическом обществе, 24 марта 1896 г., А.С. Попов выступил со вторым докладом, продемонстрировав передачу слов на расстояние. «Станция отправления находилась в Химическом институте университета, приемная станция — в аудитории старого Физического кабинета. Расстояние приблизительно 250 метров. Передача происходила… по алфавиту Морзе… и знаки были ясно слышны. Председатель Физического отделения Общества проф. Ф.Ф. Петрушевский… после каждого передаваемого знака записывал… соответствующую букву. Постепенно на доске получились слова “Генрих Герц”». Трудно описать восторг присутствовавших и овацию А.С. Попову, когда эти два слова были написаны. Именно таким образом впервые была передана телеграмма по беспроволочному телеграфу.
В июне 1896 г., через несколько месяцев после опубликования статьи Попова «Прибор для обнаружения и регистрирования электрических колебаний» (январь 1896 г.) с описанием его изобретения, итальянец Г. Маркони сделал в Англии патентную заявку на аналогичное изобретение, но сведения об его опытах и приборах были опубликованы лишь год спустя. Появление описания устройства Маркони, повторявшего схему Попова, побудило русского ученого выступить со специальными заявлениями в отечественной и зарубежной печати. Так, в письме в редакцию петербургской газеты «Новое время» он писал: «В заключение несколько слов по поводу “открытия” Маркони. Заслуга открытия явлений, послуживших Маркони, принадлежит Герцу и Бранли. Затем идет целый ряд предложений, начатых Минчином, Лождем и многими после них, в том числе и мною, а Маркони первый имел смелость стать на практическую почву и достиг в своих опытах больших расстояний усовершенствованием действующих приборов и усилением энергии источников электрических колебаний».
Однако в иностранной научно-технической прессе время от времени появлялись возражения против приоритета Попова. Чтобы положить конец всем спорам, Русское физико-химическое общество в 1908 г. назначило комиссию, состоявшую из наиболее авторитетных ученых, для всестороннего анализа вопроса. В заключительном докладе комиссии Обществу говорилось: «По имеющимся в нашем распоряжении данным, независимо от всяких прочих обстоятельств истории данного изобретения, А.С. Попов по справедливости должен быть признан изобретателем телеграфа без проводов при помощи электрических волн. Мы надеемся, что и сомневавшиеся в справедливости такого признания присоединятся к нам. Колебаться в таком признании Физическое общество не должно».
После публичной демонстрации своего изобретения А.С. Попов продолжал упорную работу над его усовершенствованием. Однако трудиться ему приходилось почти в одиночку, тогда как Маркони имел в своем распоряжении большие денежные средства, хорошо оборудованные заводы и опытных инженеров-конструкторов. Попов же располагал только полукустарной мастерской на Кронштадтском пароходном заводе. Ни русское правительство, ни Главное управление почт и телеграфов практически не интересовались беспроволочной телеграфией. Некоторую помощь ученому оказывало лишь Морское министерство.
Случай оценить практическую важность работ ученого представился лишь после успешного осуществления беспроволочной связи во время операции по снятию севшего на камни у о. Гогланд в Финском заливе броненосца «Генерал-адмирал Апраксин». Море замерзло, и было решено направить туда ледокол «Ермак» с оборудованием для радиостанции. Другая станция была построена под руководством Попова на острове Кутсало. Эти радиостанции позволили спасти 50 рыбаков, унесенных в море на оторвавшейся льдине (февраль 1900 г.), а в апреле — снять броненосец с камней. Операция продолжалась 84 дня, и за это время было передано 440 радиограмм.
Морской технический комитет признал, что теперь «можно считать опыты с этим способом сигналопроизводства законченными» и что «наступило время вводить беспроволочный телеграф на судах нашего флота». В сентябре 1900 г. вышел приказ «принять меры к тому, чтобы аппараты и все необходимые предметы для телеграфирования без проводов могли быть изготовляемы у нас самих в России и не зависеть от заграничных заводов».
А.С. Попов предложил организовать специальные курсы для подготовки специалистов по радиотехнике, разработал для них программу. Одновременно Морским министерством было сделано распоряжение о заказе приборов, необходимых для оборудования беспроволочным телеграфом вновь строящихся судов Балтийского и Черноморского флотов. Казалось бы, все благоприятствовало развитию радиотелеграфии в России. Однако, несмотря на все усилия А.С. Попова и его помощников, дело двигалось медленно, и Русско-японская война 1904 г. застала отечественный флот практически неподготовленным в этой области. Необходимое радиотелеграфное оборудование пришлось закупать за границей.
В 1899 г. А.С. Попов получил на Всемирной выставке в Париже большую золотую медаль и диплом за свое изобретение, что, однако, не помешало Маркони и ряду иностранных компаний наладить производство радиостанций и «забыть» имя их настоящего изобретателя. Попов вскоре был избран в почетные члены Русского технического общества и стал председателем Русского электротехнического общества при Электротехническом институте. В том же году он был назначен ординарным профессором физики в Электротехнический институт, а в октябре 1905 г. избран его директором.
Александр Степанович Попов, ученый, подаривший миру одно из самых крупных изобретений, которые когда-либо знало человечество, изобретение, позволившее людям и говорить и слышать за многие тысячи километров, умер в возрасте всего сорока семи лет.
Ранняя смерть помешала А.С. Попову стать лауреатом Нобелевской премии, которую Комитет по премиям решил присудить в 1909 г. за наиболее значительные работы в области радиотехники. Эту престижную премию присудили Маркони и немецкому ученому Карлу Фердинанду Брауну, создателю осциллографической электронно-лучевой трубки и системы избирательного приема радиоволн.
Хотя современные радиоприемники очень мало напоминают приемник А.С. Попова, основные принципы их действия те же, что и в его приборе. Современный приемник также имеет антенну, в которой приходящая волна вызывает очень слабые электромагнитные колебания. Как и в приемнике Попова, энергия этих колебаний не используется непосредственно для приема. Слабые сигналы лишь управляют источниками энергии, питающими последующие цепи. Сейчас такое управление осуществляется с помощью полупроводниковых приборов.
Немного об изобретателе
Будущий изобретатель радио родился в 1859 году в поселке на Северном Урале. Отец его — Стефан Петрович Попов — был священником, имел в семье семерых детей, среди которых Александр был четвертым и выделялся своей застенчивостью и любовью к моделированию разного рода движущихся механизмов.
Александр Попов учился сначала в духовном училище, затем в семинарии, где старшие семинаристы называли его не иначе как «профессор», тем самым предвосхитив его недалекое будущее. В Пермской семинарии Попов учился блестяще, особо преуспевая по физико-математическим наукам, что и привело его на физико-математический факультет Петербургского университета в 1877 году.
Все свое свободное время студент Попов использовал для занятий в физической лаборатории, ставя опыты по электричеству, а студентом четвертого курса он уже ассистировал на кафедре физики. Когда в Петербурге в 1881 году открылась Электрическая выставка, Попов работал на ней, объясняя посетителям устройства экспонированных приборов.
Когда же в Петербурге было организовано товарищество «Электротехник», которое строило небольшие электростанции и обеспечивало освещение улиц, Попов поступил туда на работу.
После блестящего окончания университета и защиты кандидатской диссертации Попов был оставлен на факультете для подготовки к профессорскому званию, но он не смог воспользоваться этой возможностью, так как уже был женат и нуждался в деньгах.
«В 1883 году в Минном офицерском классе в Кронштадте открылась вакансия ассистента по одному из разделов электричества. Минный офицерский класс был в те годы единственным в России учебным заведением, в котором электротехника не слыла “падчерицей”, занимала видное место, и в котором случалось применение электричества в морском деле. Возможность заниматься электротехникой, одновременно учась и обучая других, а также материальные условия службы побудили Попова занять это место. На целых семнадцать лет Кронштадт стал его родным городом: здесь родилось четверо его детей, здесь же Попов совершил главное дело жизни и обессмертил свое имя» («Самые знаменитые изобретатели России»). Вскоре Попов начинает читать курс лекций.
А.С. Попова всегда влекло в область прикладных технических наук, но его интересовала и «чистая» физика. Одна из первых опубликованных научных работ была посвящена техническим вопросам и называлась «Условия наивыгоднейшего действия динамо-электрической машины». Но в другой, почти одновременно написанной статье — «Случай превращения тепловой энергии в механическую» — рассматривались физические аспекты проблемы.
Разнообразны научные интересы А.С. Попова: теория динамо-машин, фотометрия, рентгенография, электричество; он готовит и сам участвует в экспедиции в Красноярск для наблюдения солнечного затмения, изготавливает рентгеновскую трубку, получает с ее помощью рентгеновские снимки и передает устройство в кронштадтский госпиталь.
А.С. Попов возглавляет сооружение электростанций в Москве, Рязани и других городах, он известен в России как один из лучших специалистов по энергетике. В течение девяти лет каждое лето вместо отпуска выезжает на Нижегородскую ярмарку, где заведует ее электрическими установками.
В книге «Самые знаменитые изобретатели России» приводится характеристика на А.С. Попова по случаю представления его к награде:
«...А.С. Попов приобрел общее уважение и вполне заслуженную славу прекрасного профессора и серьезного ученого, чутко относящегося к развитию науки, новыми приобретениями которой он всегда охотно делился с помощью чрезвычайно интересных лекций и сообщений, читанных им неоднократно в Минном классе, Морском собрании в Кронштадте и Морском музее в С.-Петербурге. Его советами и мнением неоднократно уже пользовался Морской технический Комитет».
Изобретателю радио Александру Степановичу Попову не раз предлагали уехать за границу, продать свои патенты и работать там, но он ответил: «Я русский человек и все свои знания, весь свой труд, все свои достижения имею право отдать только моей Родине... Я горд тем, что родился русским... Счастлив я, что не за рубежом, а в России открыто новое средство связи».
